その2 GPVに関して

釣行の合間の記事のつもりだったが、今週は海に出るチャンスを逸してしまい、天気予報記事の連投になってしまった。

その1では五目漁師が、日頃愛用する天気予報と利用の仕方についてまとめた。
今回はこれら天気予報の元になっているGPVについて理解している範囲でまとめてみよう。

現代では天気の予想は占いや、勘、観天望気などではなくスパコンを駆使して計算で求めている。
各国、各機関で様々な様式で天気の予想を計算しているが、いずれの場合も下の図のように予想対象領域（図の場合は地球全体）を3次元の格子状に区分けして、その格子点の気象要素を少しずつ未来に向かって時間を進めながら計算するやり方は変わらない。


全球モデルでは地球の表面全体を格子状に立体的に区分する。
出典：気象庁ホームページ、知識・解説、数値予報とは

格子点を設定した上で、スパコンによる数値予報は下図の様に進められる。

（気象庁ホームページ、知識・解説、気象に関する数値予報とはより図をコピー＆ペーストし矢印と文字を付け加えた。）

図の説明：
先ずは、①国際協力の下に全世界に配置された多種多点の観測点から最新の観測データを収集する。
②これらのデータから明らかに間違ったデータや特殊なデータを排除（品質管理）し、全ての格子点の気象データを計算の初期値として決める。
③スパコンで一定時間後に各格子点のデータがどう変わるかを計算し、各格子点のデータとしてGPV(Grid Point Value)を出力する。
④GPVは各天気予報会社に配信され天気予想に加工されて予報として発表される。


繰り返しになるが③で出力された格子点データがGPVと称される。
日本では気象庁や大学などの研究機関が、世界では米国海洋大気庁、ヨーロッパ中期予報センターなどが地球全体を対象にしたGPVや地域を限定したGPVを計算している。
この図にあるように、GPVは、一般的な天気予報をするための前段階の気象情報と言える。
前回、五目漁師が愛用している天気予報の1つとして挙げたGPV気象情報がGPV天気予報とは言わず、敢えて気象情報としているのはこのためであろう。

このGPV気象情報はボート釣り師の中でも常に、当たる/当たらないの比較対象として名が挙がるほど人気があるが、そのトップページには利用上の注意として、
“これは天気予報ではありません、天気予報として利用するためには誤差補正をする必要がありこれができない場合には、GPVから作成される所謂天気予報をご利用下さい”
という主旨の注意が明記されている。

今回は、ややこしそうなこのGPVについてもう少し掘り下げてみたい。

国内には数多くの民間の天気予報会社があるが、これらは何らかのGPVデータを入手し、それに手を加えて天気予報として発表している。
つまり、スパコンを使って自らGPVを計算するなんてことは個々の天気予報会社の規模ではなかなかできないので気象庁などからGPVデータを入手し、それを独自の方法やノウハウで加工(格子点データから実際の予報地点のデータに内、外挿したり、癖のあるデータを補正したり)して天気予報として発表している。

従って、ここで入手するGPVデータが外れていると、いくら個々の予報会社が頑張ったところで間違いを修正することはできないし、更に予報会社がGPVに手を加える段階で間違ってしまうとこれも予報を外してしまうことになる。
結果的に今日はこの予報は当たったが、こっちは駄目だった、あるいは、いつもこの天気予報は当たらない・・・となる。

では、何故GPVのままでは駄目なのか、どんな補正が必要なのかなどについて五目漁師が理解している範囲でもう少しまとめてみよう。
出典：気象庁ホームページ、知識・解説、気象に関する数値予報モデルの種類


気象庁がスパコンで計算している主なGPVには上の図に示したようにGSM(全球モデル)、MSM(メソモデル)、LFM(局地モデル)の3種類がある。
種類による大きな差異はGPVの一番大きな要素である格子間隔（水平解像度）である。
数値計算の計算点となる格子点は地上の2次元平面だけではなく上層に向かっても多層に積みあけられているが、GSMでは平面的な格子間隔は20km、MSMでは5km、LFMでは2kmとなっている。

スパコンによる数値計算では各地点の気象要素（気圧、気温、風、水蒸気量等）や地形データから地点の標高などを代表する格子点の値を読み込み、少しずつ将来に向かって時間を進め、一定時間後の同格子点の気象要素がどのように変化していくかを計算するが、データの読み取りも計算結果の表示も所詮GSMなら20km毎、MSMなら5km毎となってしまう。

現実の気象要素はそもそも連続的に変化するものであるし、それに影響する地形も山あり谷あり、富士山があり、東京湾には猿島がありとなるがスパコンが計算するのはあくまでも格子点間隔毎であり、飛び飛びの離散的なデータになってしまう。
離散的であることの悪影響を少しでも解消するために格子点の気象要素も地形データも格子点直下のデータではなくその周りの代表的(平均的な)値を持たせ計算しているが、所詮GSMなら20km毎、MSMなら5km毎の気象要素であるには変わりはない。

平均化することによって富士山の標高は低く平らになってしまう。
三浦半島はやっと細い小指の様に残るかもしれないが、出入りのないのっぺらぼうになっているに違いない。
猿島はもちろん、初島の様な小さな島は消えてなくなってしまっているだろう。

その結果、数値予報で実用精度が得られるのは格子間隔の5倍～8倍程度とされている。
つまり格子間隔が20kmのGSMでは、そもそも100km以上に及ぶ大きな天気要素の変化しか予想できなことを意味している。

例えば、一つの低気圧や高気圧が地上に影響を及ぼスケールは2000km程度と言われているのでこれらを表現するためにはGSMの分解能で十分と言える。

一方、MSMなら実用精度は30km*1程度になるので、例えば房総半島や伊豆半島レベルの降水予報や風予報がなんとか可能になるといった程度であろうか。

手漕ぎボート釣り師が欲しい初島の北側のといったり、南側のといったりするところまで実用精度を上げるためには格子間隔を更に狭くすれば良いが、悲しいかな地上にはそんな間隔に見合うだけの観測点はない。　
また、それに応じて格子数がどんどん増えてくると計算機に必要なリソースは指数関数的に増えるために、今度は予報範囲をどんどん狭くしていかざるを得ない。
現にGSMの予報範囲が地球全体であるのに対して、MSMでは日本列島周辺に限って関東地方、東北地方といった区分ごとに県単位の予報をしている。

因みに、おなじみのGPV気象予報の画面で左側のフレームにあるモデルで広域を選択するとエリアでは西日本や東日本が選択でき画面には日本列島の2/3くらいが1画面で表示される。
そして、画面の左上にJMA GSMと表示される。
これは、気象庁のGSMモデルを意味している。

（GPV気象情報のホームページより一部をコピー&ペースト）

一方、モデルで詳細を選択するとエリアでは関東地方、中部地方といったやや細かいエリア選択ができる。
この時、左上にはJMA MSMと表示され、気象庁のMSMモデルであることを示している。

(GPV気象情報のホームページより一部をコピー&ペースト）

我々関東圏の釣り師は、当然のことながら詳細モデル(39時間)、関東を選択した上で風速や雲量などをチェックすることになる。
その画面には風速毎に色分けして風向を示す小さい矢印が表示されている。
伊東や大津と言ったお目当てのポイントをもっと詳しく見たいために目を凝らしたり、何とか地図を拡大しようとするのは釣り師の気持であるが、それは叶わない。
先に記したようにMSMなら格子間隔は5kmなので矢印の間隔は5kmが最小でそれ以下の間隔で示せと言われてもそれは無理となる。
仮に画面は大きくできたとしても矢印の密度は変らない。

数値予報というか天気の動きにはもう一つ特徴的な法則がある。
つまり、大きな現象はゆっくりとおおらかに変化するが、細部の現象ほど速くせせこましく変化するという傾向がある。

速く変化する動きを捕えるためには当然のことながらスパコンによる計算間隔を短くする必要があるし精度も高めなければならない、そうすると、ここでも計算機のリソース問題や計算精度の問題が出てくる。
GPV気象予報では広域が対象のGSMなら264時間後まで、地方が対象のMSMなら39時間後までしか表示できないというのはこんなところに理由がある。

因みに、2017年6月からGPV気象予報の弟分（と五目漁師は位置づけているが）SCW天気予報のサービスが始まった。
ここでは、格子間隔が2kmのLFM(局地モデル)の結果が従来のGSMやMSMに合わせて発表されている。
確かに表示される地図も大きくなり精度は2.5倍に上がているが、先に述べた理由で予報時間が9時間と短くなっている。
9時間ではボート屋さんに予約してからの予報しか見られないので五目漁師が利用することはあまりない。

以上、気象庁が予報しているGPV（JMA GSM、JMA MSM）について記したがこの手の気象予報は他にもある。
世界的に有名なものとして米国海洋大気庁によって提供されるGFS、ヨーロッパ中期予報センターが提供するECMWFなど。
(これらはGPV気象予報でも試行的に一部に取り込まれている。）

GPV気象予報と並んで釣り師の間では人気があるWindyではこれらの主要なGPVを基にした天気予報を統合的にしかも相互比較も含めて示してくれる。
特に画面に予想結果を表示するユーザーインタフェースは至れり尽くせりの俊逸な天気予報であるが、少なくとも無料ベースではGFSの格子間隔は22km、ECMWFのそれは9km、即ち気象庁のモデルのGMS（全球モデル、格子間隔20km）に対応するものであり、気象庁のMSM（メソモデル、格子間隔5km）に比べるとやはり手漕ぎボート釣り師にとっては頼りないと言わざるを得ない。（素晴らしいユーザーインターフェースによって精度的な劣勢は隠れてしまっているが）

以上天気予報の元になるGPVについてまとめてみた。
次回はGPVを使って作成される天気予報の実情などについてまとめておしまいにしようと考えている。

さて、少々時間がたってしまったが伊東で釣って冷凍保存していたレンコダイで久しぶりにパエリアを作った。
本場ではムール貝を使うようだが、我が家ではいつもアサリを使っていた。
産地偽装問題でそのアサリがスーパーから消えてしまったために代わりにエビを使ったみたが、こっちの方が見栄えは良い。

*1:元20kmを30kmに修正。（6月25日 0時6分）


来週はなんとか釣り日和がありそうですね。
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